RANCANG BANGUN FETAL DOPPLER NIRKABEL BERBASIS ESP32
DAN NRF24L01 UNTUK TRANSMISI AUDIO DAN NILAI FHR
DESIGN AND DEVELOPMENT OF A WIRELESS FETAL DOPPLER
SYSTEM BASED ON ESP32 AND NRF24L01 FOR AUDIO AND FHR
TRANSMISSION
Aditya Lutfi Nurfathoni1*.
Royan1.
Kusnanto Mukti Wibowo1 Universitas Muhammadiyah Purwokerto.
Jln.
H Ahmad Dahlan.
Kembaran.
Purwokerto.
Indonesia Teknologi Rekayasa Elektromedis Universitas Muhammadiyah Purwokerto e-mail: lutfiaditya400@gmail.
com, royan@ump.
id, kusnantomuktiwibowo@ump.
ABSTRACT
Fetal doppler is an important device for monitoring fetal heart rate (FHR) as an early indicator of pregnancy condition.
However, conventional fetal doppler devices still rely on cables between the probe and the main unit, thus limiting movement, reducing the comfort of pregnant women, and increasing the risk of cable damage.
This study aims to design and build a wireless fetal doppler module based on ESP32 and nRF24L01 on the Taff Omicron JLS-T501 device for wireless transmission of doppler audio signals and FHR values.
The developed system consists of a transmitter module on the probe side that performs acquisition, conditioning, and digitization of doppler audio signals, then transmits data through the nRF24L01 module.
The ESP32-based receiver module performs audio signal reconstruction, digital FHR Tests were conducted using a fetal heart rate simulator in several BPM categories with transmission distance variations of 20Ae120 cm to evaluate FHR accuracy, audio quality, and communication reliability.
The test results showed that the FHR reading error was in the range of 1Ae2% of the reference value, with audio quality remaining clearly audible up to a distance of 200 cm without significant interference.
These results show that the integration of the wireless module into the JLS-T501 fetal doppler can increase the flexibility and convenience of using the fetal doppler without sacrificing measurement accuracy and signal quality.
Keywords: Fetal doppler.
Wireless system.
Fetal heart rate.
Medical device PENDAHULUAN Perkembangan teknologi dibidang kesehatan, khusunya dibidang alat pemantauan janin berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir.
Salah satu instrumen yang paling umum untuk memantau kondisi janin adalah Fetal doppler yaitu alat medis yang digunakan untuk mendeteksi dan memantau detak jantung janin ketika masih berada di dalam rahim.
Melalui alat ini, tenaga kesehatan maupun ibu hamil dapat melihat dan mendengar frekuensi serta pola denyut jantung janin, sehingga kondisi dan keselamatan janin dapat dipantau secara lebih terukur .
, .
Cara kerja fetal doppler yang menagkap sinyal pantulan ultrasound dari pergerakan aliran darah dan jantung janin.
Pada pernagkat doppler, sinyal mentah dari tansduser akan diproses hingga menjadi sinyal audio yang dapat di denggar, dan dari sinyal tersebut sistem dapt meghitung Fetal hate rate FHR .
Detak jantung janin (DJJ) atau FHR adalah jumlah denyut yang dihasilkan jantung janin dalam satu menit, merupakan salah satu parameter utama untuk menilai kesejahteraan Perubahan frekuensi maupun pola DJJ umumnya mencerminkan status oksigenasi dan respons janin terhadap stres di dalam kandungan .
Apabila frekuensi DJJ berada di bawah 110 kali per menit, kondisi tersebut digolongkan sebagai bradikardia janin, sedangkan bila frekuensinya menetap di atas 160 kali per menit, hal itu dikategorikan sebagai takikardia janin.
Kedua keadaan ini dapat menjadi tanda adanya masalah, seperti hipoksia janin, infeksi, efek penggunaan obat-obatan tertentu, atau gangguan lain yang berdampak pada kesehatan janin.
Berbagai penelitian kebidanan di Indonesia juga menunjukkan bahwa frekuensi DJJ dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain usia kehamilan, posisi tubuh ibu saat pemeriksaan, aktivitas kontraksi uterus, serta tingkat stres dan kecemasan yang dialami ibu hamil .
, .
Pada fetal doppler konvensional, proses pengukuran detak jantung janin masih menggunakan kabel sebagai penghubung antara probe .
ransduser ultrasoun.
dan unit utama perangkat .
Penggunaan kabel ini, seringkali Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 21.
Nomor 1.
Oktober 2025 menimbulkan berbagai kendala, antara lain keterbatasan gerak, risiko kerusakan kabel dan kemungkinan gangguan kenyamanan ibu hamil selama proses pemeriksaan .
Seiring perkembangan teknologi komunikasi nirkabel, banyak peneliti mulai mengintegrasikan sistem nirkabel ke dalam perangkat medis untuk meningkatkan fleksibilitas, kenyamanan, dan efisiensi .
Dalam penelitian ini, dilakukan pengembangan wireless fetal doppler yang merupakan modifikasi dari fetal doppler konvensional dengan menambahkan modul komunikasi nirkabel ESP32 dan nRF24L01.
Sehinga, sinyal dari probe tidak lagi ditransmisikan melalui kabel, tetapi diubah menjadi data digital melalui Analog-to-Digital Converter (ADC) dan kemudian ditransmisikan secara nirkabel ke unit penerima .
, .
Komunikasi nirkabel jarak dekat merupakan proses pertukaran data antara dua perangkat tanpa memanfaatkan gelombang radio yang umumnya beroperasi pada frekuensi ISM (Industrial.
Scientific, and Medica.
2,4 GHz .
Pada sistem ini, data digital dari mikrokontroler diubah menjadi gelombang elektromagnetik, dipancarkan melalui udara, kemudian diterima kembali oleh modul penerima untuk dapat diolah lebih lanjut.
Pada aplikasi berdaya rendah, komunikasi jarak dekat dirancang agar hemat energi, memiliki latensi rendah, dan tetap mampu menyediakan laju data yang memadai.
Modul transceiver seperti nRF24L01 adalah modul komunikasi serial nirkabel berdaya sangat rendah yang dirancang untuk aplikasi ultra low power pada frekuensi 2,4 GHz .
Sistem yang dikembangkan memerlukan mudul ESP32 yang berperan sebagi pengelola Modul ini menerima sinyal analog audio Doppler dari probe fetal doppler melalui rangkaian analog, kemudian mengonversinya menjadi sinyal digital melalui ADC beresolusi tinggi, sebelum mengemasnya dalam bentuk paket Paket data inilah yang kemudian dikirimkan ke modul nRF24L01 untuk dipancarkan secara Keunggulan ESP32 adalah kapasitas prosesnya yang tinggi, kemampuan ADC yang stabil, serta dukungan komunikasi digital yang kompatibel dengan transceiver nirkabel, sehingga proses sampling, pengemasan, hingga pengiriman data dapat dilakukan dengan cepat dan efisien .
Selain itu.
ESP32 juga memungkinkan pengolahan lanjutan seperti perhitungan FHR, filtering dasar, hingga pengiriman nilai beats per minute BPM .
Kombinasi ESP32 dan nRF24L01 memberikan solusi yang ringkas.
ISSN : 1858-3709, e-ISSN : 2685-3922 hemat daya, dan cukup andal untuk sistem pemantauan medis portable yang menuntut Meskipun berbagai penelitian sebelumnya telah membahas pengembangan dan pengunaan fetal doppler, sebagian besar sistem yang ada masih menggunakan kabel sebagi penghubung antara probe dan unit pemroses.
Penggunaan kabel ini membatasi fleksibilitas alat dan dapat mengurangi kenyamanan, khususnya bagi ibu hamil selama proses pemeriksaan.
Beberapa pnenelitian juga telah megkaji pemrosesan sinyal doppler serta perhitungan FHR, namun kajian yang secara khusus membahas sistem fetal doppler nirkabel nirkabel berdaya rendah yang mampu mentasmisikan sinyal doppler secara realtime dengan kwalitas yang stabil masi relatif Selain itu, pemanfaatan mikrokontroler ESP32 uang dikombinasikan dengan modul transceifer nRF24L01 pada sistem pemantauan janin masi jarang ditemukan, terutama untuk pengiriman data audio doppler dan perhitungan FHR secara bersamaan.
Berdasarkan uraian tersebut, penelitian ini berfokus pada perancangan dan implementasi sistem fetal doppler nirkabel berbasis ESP32 dan nRF24L01 sebagi solusi atas keterbatasan sistem fetal doppler konvensional.
Kontribusi utama dari penelitian ini adalah pengembanagn arsitektur sistem yang mamapu megonversi sinyal doppler analog menjadi data digital, mentrasmisikannya secara nirkabel dengan delay yang rendah dan konsusmsi daya yang efisien, serta tetap menjaga Dengan pendekatan ini, sistem yang dikembangkan diharapkan daptmeningkatkan kenyamanan, mobilitas, dan efisiensi dalam pemntauan kondisi janin dibandingkan dengan fetal doppler konvensional.
II.
METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan adalah metode kuantitatif dengan eksperimen di lingkungan laboroturium.
Tujuan penelitian adalah megevaluasi kinerja sistem fetal doppler nirkabel yang dikembagkan.
Parameter yang diuji meliputi nilai FHR dalm satuan BPM, tingkat kesalahan pembacaan .
dibandingkan dengan alat referensi, jarak jangkau komunikasi nirkabel, serta tingkat keberhasilan pengiriman Perangkat Penelitian Tahap perancangan diawali dengan analisis sistem fetal doppler konvensional untuk megidentifikasi titik integrasi komunikasi Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 21.
Nomor 1.
Oktober 2025 ISSN : 1858-3709, e-ISSN : 2685-3922 Tabel 1.
Pinout node TX Dari .
robe dan ESP.
RF24L.
Gambar 1.
Fetal doppler konvensional Taff Omicron
JLS-T501
Pada probe fetal doppler Taff Omicron yang menggunakan tiga kabel, masing-masing kabel umumnya memiliki peran yang berbeda namun saling melengkapi agar proses pembacaan detak jantung janin dapat berjalan stabil.
Kabel berwarna merah berfungsi sebagai jalur catu daya (VCC).
Melalui kabel ini, unit utama mengirimkan tegangan DC untuk memberi suplai listrik ke rangkaian yang ada di dalam probe.
Kabel biru adalah jalur sinyal (SIGNAL).
Kabel ini membawa keluaran sinyal dari probe menuju unit utama untuk diproses menjadi informasi yang bisa didengar .
udio Dopple.
dan ditampilkan sebagai nilai FHR/BPM.
Kabel hitam berperan sebagai ground (GND).
Kabel ini menjadi titik referensi nol volt sekaligus jalur balik arus dari catu daya.
Keberadaan ground sangat penting karena menjaga kestabilan sistem, membantu mengurangi noise, dan memastikan sinyal yang dikirim tidak mengambang sehingga hasil pembacaan tetap konsisten.
Berdasarkan analisis tersebut, dirancang sistem fetal doppler nirkabel menggunakan fetal doppler Taff Omicron JLS-T501 yang terdiri dari dua node uatma, yaitu node transmiter (TX) dan node receifer (RX).
Fetal doppler tersebut mampu mengirimkan data FHR (BPM) yang di tampilkan pada layar, dan meghasilkan suara dengan sistem Komponen yang digunakan meliputi modul ESP32 dan nRF24L01 untuk mengolah data dan mentransmisikan data secara nirkabel.
Gambar 2.
Prototype fetal doppler wireless modul TX
Fungsi
VCC ( )
VIN / 5V
Catu daya probe GND (O.
GND
Ground probe
Sinyal / Audio Out GPIO34
(ADC)
Input sinyal analog
ke ADC
VIN / 5V
VCC
Catu daya nRF
GND
GND
Ground nRF
GPIO4
Enable radio
GPIO5
CSN/CS
SPI Chip Select
GPIO18
SCK
SPI Clock
GPIO23
MOSI
SPI MOSI
GPIO19
MISO
SPI MISO
Rangkaian node TX ditujukan gambar 2.
Pada node TX, probe fetal doppler dihubungkan ke ESP32 melalui tiga jalur utama, yaitu catu daya (VCC), ground (GND), dan jalur sinyal analog.
ESP32 menyediakan suplai tegangan ke probe, sedangkan sinyal keluaran audio/analog dari probe masuk ke GPIO34 sebagai input ADC.
ESP32 kemudian melakukan proses pengambilan sampel dan konversi sinyal analog ke data digital.
Data digital hasil sampling selanjutnya dikirim secara nirkabel menggunakan modul nRF24L01.
Modul ini dihubungkan ke ESP32 melalui antarmuka SPI (SCK.
MOSI.
MISO) serta dua jalur kontrol, yaitu CE dan CSN.
Dengan konfigurasi ini.
ESP32 berperan sebagai pengolah sinyal sekaligus pengirim data audio fetal doppler ke node penerima.
Gambar 3.
Prototype fetal doppler wireless modul RX Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 21.
Nomor 1.
Oktober 2025 Tabel 2.
Pin out node RX Dari (Probe Ke dan ESP.
RF24L.
Fungsi
GND
GND
Referensi ground
Jalur input
GPIO25
VCC
GND
GND
GPIO4
CSN (CS)
GPIO5
SCK
GPIO18
Clock SPI
MOSI
GPIO23
Data SPI dari ESP32
ke nRF24L01
MISO
GPIO19
Data SPI dari nRF24L01 ke ESP32 Menerima sinyal audio analog dari DAC ESP32 Catu daya 3.
untuk modul
nRF24L01
Ground modul
nRF24L01
transmitAereceive control (CE) Seleksi chip SPI
(CSN)
Rangkaian node RX ditujuan pada gambar 3.
Node RX berfungsi sebagai penerima data nirkabel yang dikirimkan oleh node TX.
Modul nRF24L01 pada node RX menerima paket data melalui komunikasi SPI dengan ESP32.
Modul radio ini mendapatkan suplai tegangan 3.
3 V dari ESP32, sesuai dengan spesifikasi kerja nRF24L01, serta dihubungkan ke ground yang sama untuk menjaga kestabilan sistem.
Setelah data digital diterima oleh ESP32, data tersebut diproses kembali untuk direkonstruksi menjadi sinyal audio.
Proses rekonstruksi dilakukan menggunakan DAC internal ESP32 yang menghasilkan sinyal analog pada pin GPIO25.
Sinyal analog ini kemudian disalurkan ke unit penerima audio .
sehingga sinyal denyut jantung janin dapat didengar secara Penyatuan ground antara ESP32 dan unit audio dilakukan untuk memastikan kesamaan referensi tegangan dan mencegah distorsi sinyal.
Secara metodologis, alur kerja sistem dimulai dari akuisisi sinyal analog oleh probe fetal doppler pada node TX.
Sinyal tersebut kemudian dikoversi menjadi data digital oleh ADC ESP32, selanjutnya dikirimkan secara nirkabel menggunakan modul nRF24L01.
Pada node RX, data digital yang diterima diolah kembali dan dikonversi menjadi sinyal analog menggunakan DAC ESP32, lalu diteruskan ke unit audio sehingga dapat didengar oleh pengguna.
Dengan alur ini, sistem mampu merealisasikan transmisi sinyal fetal doppler secara nirkabel dengan tetap mempertahankan karakteristik sinyal aslinya.
ISSN : 1858-3709, e-ISSN : 2685-3922 Setup Eksperimen Implementasi sistem dibagi menjadi dua node, yaitu node transmiter (TX) pada sisi probe dan node receiver (RX).
Gambar 4.
Blog diagram rangkain transmiter Pada node TX ditunjukan pada gambar 4, sinyal audio doppler analog dari detak jantung janin yang sebelumnya diteruskan melalui kabel dari probe, kemudian dikondisikan agar sesuai dengan rentang masukan ADC ESP32.
Sinyal digital dari sampling audio dikemas kedalam paket data untuk dikirim menggunakan nRF24L01.
Selain audio.
TX juga menghasilkan nilai FHR yang di turunkan dari karakteristik sinyal audio doppler, dan dikirim secara real time bersama paket audio.
Gambar 5.
Balog diagram rangkain RX Pada node RX ditunukan pada gambar 5.
nRF24L01 menerima paket data dari TX, kemudian data audio direkontruksi menjadi sinyal analog melalui DAC ESP32.
Sinyal ini akan dikeluarkan ke perangkat audio .
berupa bunyi doppler.
Nilai FHR yang diterima lalu ditampilkan pada display sebagai informasi BPM.
Pengukuran dilakukan terhadap pembacaan besaran FHR dan keakutan data berdasarkan variasi jarak pengukuran terhadap nilai standar dari alat simulator.
Parameter Pengujian dan Evaluasi Eavluasi berdasarkan bebrapa parametr utama, yaitu :
Akurasi FHR, yang diperoleh dengan membandingan nilai BPM hasil sistem terhadap nilai BPM dari alat referensii.
Tingkat kesalahan dihitung dalam bentuk Keberhasilan pengiriman data, yang ditentukan berdasarkan jumlah paket data yang berhasil diterima dibanding kan dengan jumlah yang dikirim.
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 21.
Nomor 1.
Oktober 2025 Jarak jagkau komunikasi nirkabel, yang diukur berdasarkan jarak maksimum antara node TX dan RX di mana data masi diterima dengan baik.
Hasil pengujian dari seluruh parameter tersebut digunakan untuk menilai kelayakan sistem fetal doppler nirkabel yang dikembangkan sebagai alternatif terhadap sistem konvensonal.
HASI DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini, sistem konvensional pada fetal doppler Taff Omicron JLS-T501 digantikan dengan tarsmisi nirkabel menggunakan kombinasi mikrokontroler ESP32 dan modul komunikasi nRF24L01.
Pengujian dilahkukan untuk megevaluasi kinerja sistem nirkabel dalam mentrasmisikan sinyal doppler dan menampilkan niai FHR secara akurat dan stabil.
Uji simulator fetal doppler Pengujian kinerja alat fetal doppler sistem wireless dapat ditunjukkan pada gambar 6.
ISSN : 1858-3709, e-ISSN : 2685-3922 rendah .
BPM), pembacaan cenderung tetap di 59 BPM.
Pada setpoint menengah .
Ae150 BPM), perubahan nilai relatif kecil, umumnya hanya selisih 1Ae2 BPM .
isalnya 89Ae90.
118Ae119.
148Ae Tabel 3.
Hasil pengukuran Fetal Doppler terhadap perubahan jarak dan setpoint
Jarak TX
Shetpoint pada simulator (BPM) ke RX
(CM)
Pada setpoint tinggi .
dan 240 BPM), terlihat kecenderungan nilai yang terbaca sedikit menurun ketika jarak makin jauh .
isalnya 179 menjadi 177, dan 239 menjadi .
Namun demikian, selisih nilai yang terjadi masih tergolong kecil dan hanya berbeda beberapa BPM.
Temuan ini menunjukkan bahwa pengaruh jarak terhadap akurasi mulai lebih terasa pada BPM yang lebih tinggi, meskipun deviasinya masih tergolong kecil.
Gambar 6.
Uji prototype dengan simulator fetal doppler Berdasarkan hasil pengujian didapatkan hasil sistem wireless dapat bekerja dengan baik.
Dimana sistem TX mampu mentransmisikan data dan dapat diterima sistem RX.
Hasil pengamatan terhadap kinerja alat dalam berbagai variasi jarak dan nilai standar BPM simulator fetal doppler yang sudah terkalibrasi di BPFK surakarta (No order: 25.
128/UP.
dapat ditunjukkan pada Tabel 3.
memperlihatkan hasil pembacaan BPM fetal doppler pada jarak pengukuran 20 Ae 200 cm untuk enam setpoint BPM Simulator .
, 90, 120, 150, 180, dan .
Secara umum, nilai yang terbaca cukup stabil di seluruh jarak dan hanya berbeda sedikit dari setpoint.
Pada setpoint Analisis Error Pengukuran Nilai keakuratan data antara pembacaan fetel doppler model wireless dengan alat uji simulator dapat ditunjukkan pada Tabel 4.
Rata-rata error pengukuran terhadap simulator berada pada kisaran 1-2% untuk rentang jarak dari 20 Ae 200 Pengujian dilakukan dengan membandingkan nilai BPM yang diseting pada simulator .
ilai referens.
terhadap nilai BPM yang dibaca dan ditampilkan oleh perangkat fetal doppler wireless.
Berdasarkan data pada tabel 4, diperoleh rata-rata error dengan nilai 1-2% untuk seluruh variasi jarak dari 20 cm hingga 200 cm.
Terlihat bahwa nilai error cenderung meningkat seiring bertambahnya jarak antara node TX dan RX.
Hal ini menunjukkan bahwa meskipun sistem masih mampu beroperasi dengan baik pada jarak yang lebih jauh, kualitas transmisi nirkabel berpengaruh terhadap akurasi pembacaan BPM.
Dengan demikian nilai error yang diperoleh masih berada pada rentang kesalahan yang rendah dan dapat diterima untuk aplikasi pemantauan denyut jantung janin.
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume 21.
Nomor 1.
Oktober 2025 Tabel 4.
Hasil uji dengan simuator Jarak Pemantauan .
Rata-rata error
(%)
Hasil ini menunjukkan bahwa sistem fetal pembacaan BPM yang stabil dan konsisten pada berbagai variasi nilai uji, sehingga layak digunakan sebagai alternatif pemantauan FHR berbasis nirkabel.
Pengaruh Jarak dan Keterbatasan Sistem Hasil pengujian menunjukkan bahwa jarak komunikasi nirkabel memiliki pengaruh terhadap akurasi pembacaan BPM, terutama pada nilai BPM yang tinggi.
Semakin jauh jarak antara node TX dan RX, semakin besar potensi terjadinya penurunan kualitas sinyal akibat redaman, interferensi, atau kehilangan paket data.
Kondisi ini dapat memengaruhi proses rekonstruksi sinyal audio doppler dan perhitungan FHR.
Selain itu, keterbatasan sistem juga dipengaruhi oleh karakteristik modul nRF24L01 yang bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, yang rentan terhadap interferensi dari perangkat nirkabel lain.
Pengolahan sinyal yang masih bersifat dasar juga berpotensi memengaruhi akurasi pada kondisi BPM tinggi atau sinyal dengan noise yang besar.
Meskipun demikian, secara keseluruhan sistem mampu mempertahankan performa yang baik pada jarak hingga 200 cm dengan tingkat error yang relatif kecil.
Dengan pengembangan lebih lanjut, seperti peningkatan algoritma pengolahan sinyal, mekanisme koreksi kesalahan, atau optimasi parameter komunikasi nirkabel, performa dan keandalan sistem masih dapat IV.
KESIMPULAN
Berdasarkan tujuan dan hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa sistem transmisi data nirkabel pada fetal doppler Taff Omicron JLS-T501 menggunakan modul ESP32 dan nRF24L01 bekerja dengan baik dan menghasilkan tingkat kesalahan yang sangat kecil.
Pengujian dilakukan menggunakan simulator fetal doppler, dengan pengukuran kinerja modul transmiter dan receiver pada variasi jarak 20 cm hingga 200 cm.
Hasil ISSN : 1858-3709, e-ISSN : 2685-3922 pengujian menunjukkan adanya penurunan kualitas sinyal secara bertahap seiring bertambahnya jarak, namun sinyal masih dapat diterima dengan baik dan informasi detak jantung janin tetap terbaca dengan akurat.
Hal ini menegaskan bahwa penerapan sistem nirkabel mampu mempertahankan kinerja transmisi yang andal, sekaligus meningkatkan kenyamanan dan fleksibilitas penggunaan fetal doppler dengan mengurangi ketergantungan terhadap koneksi kabel dalam rentang jarak pengujian.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan rasa syukur yang mendalam kepada pembimbimbing, pengajar, serta semua pihak di program studi Teknologi Rekayasa Elektromedis Univeritas Muhammadiyah Purwoketo memberikan bimbingan dan dukungannya.
Selain itu, penulis juga mengucapkan terimakasih kepada orang tua, keluarga, dan teman-teman atas doadoa dan dorongan yang terus menerus.
VI.
DAFTAR PUSTAKA